Khảo sát phân bố công suất trong hệ thống điện có đường dây HVDC (1)

26 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG HVDC 2.1 Phân tích hoạt động biến đổi 2.1.1 Mạch cầu pha toàn sóng Hình 2.1 Mạch tương đương mạch biến đổi ba pha toàn sóng Một mô hình hệ thống biến đổi HVDC ba pha cầu toàn sóng mô tả hình 2.1 Bộ biến đổi điện áp có cầu phân áp phía xoay chiều để điều khiển điện áp Cuộn dây phía thứ cấp (AC) máy biến áp thường kết nối với trung tính nối đất, phía van (thứ cấp) máy biến áp thường nối tam giác hay không nối đất trung tính Các giả thiết đặt trình phân tích: - Hệ thống AC, bao gồm máy biến đổi biến áp biểu diễn nguồn áp lý tưởng có điện áp, tần số không đổi nối tiếp với điện kháng tản máy biến áp - Dòng điện không đổi không gợn sóng có cuộn kháng lọc cực lớn làm phẳng dòng phía DC - Các van đóng lý tưởng có điện trở không dẫn vô không dẫn Điện áp pha nguồn điện áp: 27 ( ) cos(ωt − 60 ) cos(ωt − 180 ) e a = E m cos ωt + 60 ea = E m ea = E m (2.1) Điện áp dây: ( ) cos(ωt − 90 ) cos(ωt + 150 ) e ac = e a − ec = 3.E m cos ωt + 30 eba = eb − ea = 3.E m ecb = ec − eb = 3.E m (2.2) 2.1.2 Hoạt động biến đổi bỏ qua ảnh hưởng cảm kháng nguồn 2.1.2.1 Góc kích trễ không Hình 2.2 Dạng sóng điện áp dòng điện mạch cầu hình 2.1 a) Điện pha điện áp dây nguồn xoay chiều b) Dòng điện qua van chu kỳ dẫn c) Dòng điện qua pha a 28 Như sơ đồ mạch 2.1 van thyristor có cực cathode 1, nối với phía Van thyristor 2, nối với phía - Mỗi van dẫn 120º - Khi dẫn dòng điện qua van I d - Dòng điện pha phía nguồn xoay chiều gồm dòng điện chạy qua hai van có nối vào pha Dạng sóng trình bày hình 2.2a cho thấy van dẫn ωt góc -120º đến 0º, ea lớn eb ec Van dẫn -60º đến 60º có xu hướng tăng dần độ lớn (bán kỳ âm) ea suốt chu kỳ Trong hình 2.2b cho thấy, thời gian dẫn van, thời gian biên độ dòng điện chu kỳ dẫn Từ giả thiết, ta thấy dòng điện thẳng số không đổi van dẫn I d không dẫn Xét ví dụ khoản thời gian ωt khoản 0º đến 120º Trước ωt = 0º van dẫn, sau ωt = 0º biên độ có xu hướng tăng dần lớn (ở bán kỳ dương) van bắt đầu kích (dẫn đến 120º), van ngưng dẫn, van van tiếp tục dẫn Tại ωt = 60º, lớn (bán kỳ âm) van ngắt van kích Xét ωt = 120º đến 240º, lớn , van ngắt van kích (dẫn dến góc 240º) Ở bán kỳ âm van dẫn đến 180º, khoảng 120º đến 180º van van dẫn bán kỳ Tại bán kỳ âm ωt = 180º van ngưng dẫn van kích (dẫn đến góc 300º) Ở ωt = 240º van ngắt kết thúc chu kỳ Như vậy, chu kỳ van dẫn khoản 120º Ở hình 2.2c cho thấy dòng điện pha a nguồn xoay chiều (trong cuộn dây nối nguồn xoay chiều) máy biến áp Điện áp DC trung bình: Điện áp tức thời DC toàn cầu (giữa cathode hàng van anode hàng van dưới) gồm phân đoạn góc dẫn 60º Vì vậy, điện áp DC trung bình tính tổng giá trị tức thời góc dẫn 60º Vậy xem xét từ góc dẫn ωt = -60º đến 0º, cho phương trình: 29 Vdo = ∫ 0eac dθ π −60 Thế vào phương trình 2.2 ta được: Vdo ( ) 3 3 = 3.E m cos θ + 30 dθ = E m sin 30 = E m = 1,65 E m ∫ π −600 π π (2.3.1) Với E m trị số đỉnh điện áp Đương nhiên ta tính điện áp hiệu dụng pha điện áp dây hiệu dụng: Vdo = 3 E LN = 2,34 E LN π E LL = 1,35E LL π (2.3.2) (2.3.3) 2.1.2.2 Với góc kích trễ Hình 2.3 Dạng sóng điện áp dòng điện qua van với góc kích trễ α 30 α giây, góc trễ giới hạn ω Gọi α góc kích trễ tương ứng với thời gian trễ 180º Giả sử, van kích dẫn ωt = α thay ωt = 0º, van dẫn ωt = α + 60º thay 60º, van dẫn góc kích ωt = α + 120º tiếp tục vậy, mô tả hình 2.3 Điện áp trung bình có góc kích trễ α: Vd = α α ( ) 3 e ac dθ = 3E m cos θ + 30 dθ ∫ ∫ π −( 600 −α ) π α −600 α ∫ V d = Vd α − 60 ( ( ) [ ( ) ( cos θ + 30 dθ = Vd sin α + 30 − sin α − 30 0 ) )] (2.4) Vd = Vd sin 30 cos α = Vd cos α Trong α thay đổi từ 0° đến 180°, cosα thay đổi từ đến -1 Do đó, thay đổi từ Vd đến âm (< 0) tương ứng chế độ nghịch lưu 2.1.3 Mối quan hệ dòng điện pha Khi góc kích trễ α tăng, góc lệch pha điện áp dòng điện xoay chiều thay đổi Điều minh họa qua hình 2.4 pha a Dạng sóng dòng điện xoay chiều bao gồm nhiều xung hình chữ nhật tương ứng với dòng điện qua van Dòng điện chiều I d số Trong van dẫn chu kỳ dẫn 120° điện, dòng xoay chiều đường dây xuất với xung hình chữ nhật có biên độ I d góc dẫn 120° 2π rad Với giả thiết chồng chập chuyển mạch, dạng sóng dòng xoay chiều dây độc lập với α 31 Hình 2.4 Sự thay đổi góc lệch pha điện áp dòng điện theo góc kích trễ α e a : điện áp pha a đến trung tính : Vecto điện áp i a : dòng điện : Vecto dòng điện thành phần 32 Các thành phần dòng điện xoay chiều xác định cách phân tích Fourier dạng sóng dòng điện thể hình 2.5 Hình 2.5 Dạng sóng dòng điện Trị số đỉnh thành phần tần số dòng điện xoay chiều đường dây: I LM = π π ∫π I − d cos xdx = [ ( )] 2 I d sin 60 − sin − 60 = 3.I d = 1,11I d π π (2.5.1) Trị số hiệu dụng dòng điện thành phần dòng điện bản: I L1 = I LM = π I d = 0,78 I d (2.5.2) Bỏ qua tổn thất biến đổi, công suất phía xoay chiều phải công suất phía chiều: 3E LN I LI cos ϕ = Vd I d = (Vdo cos α ) I d Thay vào phương trình (2.3.2) (2.5.2) ta được:   3   3E LN  cos ϕ =   cos α I E I d LN d    π  π     Suy ra: cosφ = cosα Bộ biến đổi hoạt động thiết bị biến đổi dòng xoay chiều chiều (hay ngược lại) cho tỷ số dòng điện không đổi tỉ số điện áp thay đổi tùy theo góc kích 2.1.4 Ảnh hưởng góc chồng chập chuyển mạch Do điện cảm nguồn điện xoay chiều, dòng điện pha thay đổi tức thời Sự chuyển tiếp dòng điện từ pha sang pha khác đòi hỏi phải có thời gian định gọi thời gian chuyển mạch hay thời gian chồng chập mạch Góc chuyển mạch hay góc chồng chập ký hiệu μ 33 Trong trình vận hành bình thường, góc chồng chập nhỏ 60°, trị số tiêu biểu lúc đầy tải nằm giới hạn 15° đến 25° Với 0° < μ < 60°, thời gian chuyển mạch có ba van dẫn đồng thời, lần chuyển mạch có hai van dẫn Mỗi lần chuyển mạch bắt đầu góc 60° kéo dài góc μ Do đó, góc hai van dẫn điện với góc kích trể α = 0° 60° - μ Trong giai đoạn chuyển mạch, dòng điện van đưa vào dẫn điện tăng từ đến , dòng điện van ngưng dẫn giảm từ Sự chuyển mạch bắt đầu ωt = α + μ = δ, δ gọi góc tắt, thể hình 2.6 Hình 2.6 Ảnh hưởng góc chồng chập chu kỳ dẫn van Nếu chế độ bất thường, 60° < μ < 120° hoạt động xảy với van van dẫn Ở xem xét với chế độ bình thường góc μ < 60° Tại thời điểm bắt đầu chuyển mạch: ωt = α + μ = δ, i1 = I d Tại thời điểm kết thúc chuyển mạch: ωt = α + μ = δ, i3 = I d Phân tích ảnh hưởng góc chồng chập xảy van Ở hình 2.7 cho thấy thời gian dẫn van 34 Hình 2.7 Thời gian (góc) dẫn van với góc kích trễ Hình 2.8 Mạch tương đương thời gian chuyển mạch Lưu ý: Các van không dẫn hình vẽ Trong thời gian chuyển mạch, van 1, dẫn và tác động mạch chuyển đổi mô tả hình vẽ 2.8, từ hình vẽ ta thấy vòng lặp chứa van 3, có: eb − ea = LC di d − LC i dt dt Khi này, điện áp gọi “điện áp chuyển mạch”, từ phương trình (2.2) ta có: ( ) eba = eb − e a = 3.E m cos ωt − 90 = 3.E m sin ωt = LC di d − LC i dt dt Trong đó: di di1 =0− dt dt Do đó: eb − ea = 3.E m sin ωt = LC di3 3E m = sin ωt dt Lc di3 dt (2.6.1) (2.6.2) 35 Lấy tích phân hai vế theo t, tương ứng thời gian chuyển mạch với giới hạn dưới, ωt = α t = α/ω i3 ∫ di3 = I LM = 3.E m t sin ωdt LC α∫ ω Cân phương trình ta được: i3 = Đặt : Ta được: 3.E m ( cos α − cos ωt ) 2ωLC (2.7.1) 3.E m = IS2 2ωLC i3 = I S ( cos α − cos ωt ) (2.7.2) Sự suy giảm điện áp góc chồng chập chuyển mạch: Hình 2.9 Dòng điện van chuyển mạch liên quan đến điện áp chuyển mạch 44 Id IT = (2.26) Trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp cho bởi: E L1 = π Vd Công suất định mức máy biến áp S dmB = 3E LN I T = π π Vd I d = Vd I d 3 (2.27) 2.2 Bộ biến đổi nhiều cầu Hai hay nhiều cầu mắc nối tiếp để có điện áp DC cao theo yêu cầu Bộ cầu mắc nối tiếp bên dãy DC song song bên AC Bộ máy biến áp mắc nguồn xoay chiều cầu van, tỉ số biến áp điều chỉnh tải Trong thực tế biến đổi nhiều cầu gồm số chẵn cầu xếp thành đôi tạo cách xếp theo 12 xung hình 2.15 45 Hai máy biến áp, mắc Y-Y mắc Y-∆ dùng để cung cấp cho đôi cầu Điện áp pha cung cấp cho cầu lệch góc 30º so với cầu Dạng sóng xoay chiều dòng điện hai cầu gần sin so với cầu pha sáu xung Đối với cách xếp cầu 12 xung sóng họa tần bậc bị triệt tiêu phía xoay chiều Điều giảm đáng kể cho lọc họa tần Hình 2.15 Bộ biến đổi cầu 12 xung Đối với cầu xung biến áp nối Y-Y qua khai triển chuỗi Fourier cho dòng điện xoay chiều là: i=  1 1  I d  sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + sin 11ωt + sin 13ωt −  π 11 13   (2.28) Đối với máy biến áp mắc Y-∆, dòng là: i=  1 1  I d  sin ωt + sin 5ωt + sin 7ωt + sin 11ωt + sin 13ωt −  (2.29) π 11 13   Trong cầu áp 12 xung, ta có kết hợp với cầu áp xung với biến áp kết nối Y-Y Y-∆ hình 2.15 sóng hài có bậc lẽ n bị loại bỏ, đó: 46 i= 1 1   I d  sin ωt + sin 11ωt + sin 13ωt + sin 23ωt + sin 25ωt +  (2.30) π 11 13 23 25   Những sóng lại có thứ tự 12n ± l (11, 13, 23, 25, v.v ) chảy vào hệ thống AC Độ lớn chúng giảm theo thứ tự tăng dần Hơn nữa, với cầu 12 xung sóng điện áp chiều trở nên mượt (ít gợn sóng), họa tần bậc 18 loại bỏ phía chiều Ngoài lắp đặt cầu có số xung cao như: cầu 24 xung góc lệch pha 15º, cầu 48 xung với góc lệch 7º5 kết nối biến áp phức tạp thông thường sử dụng 12 xung 47 Hình 2.16 Dạng sóng điện áp DC dòng điện AC cầu xung 12 xung Gọi: B: số cầu mắc nối tiếp T: tỉ số biến áp (1:T) Hình 2.17 Tỷ số máy biến áp 1:T Điện áp không tải lý tưởng tương ứng với phương trình (2.31) là: Vd = BTE LL = 1,3505 BTE LL π (2.31) Vì sụt áp cầu cầu nối tiếp nên điện áp chiều cho bởi: π  Vdr = Vd cos α − BI d  X c  3  (2.32) π  Vdi = Vd cos γ − BI d  X c  3  (2.33) Cosα = - cosβ Cosγ = - cosδ (2.34) Hoặc: Điện áp DC tính theo hệ số công suất cho phương trình (2.23.1): Vd = Vd cos ϕ (2.35) Tuy nhiên trường hợp đa cầu, cho phương trình (2.31), điện áp DC cầu 12 xung gấp đôi điện áp cầu xung Trị số hiệu dụng thành phần tần số dòng điện xoay chiều toàn phần (tương ứng với phương trình (2.21) cho bởi: I L1 ≅ BTI d = 0,78 BTI d π (2.36) 48 2.3 Mô hình hóa hệ thống HVDC Để mô hình hóa trình hoạt động hệ thống HVDC chế độ xác lập ổn định lẫn chế độ độ cần phải mô tả thành phần sau: - Mô hình biến đổi - Mô hình hệ thống hay đường dây DC - Giao tiếp hệ thống AC DC - Mô hình điều khiển hệ thống DC Một số giả thiết đặt sau để việc mô hình hóa đơn giản: - Dòng điện chiều dây phẳng (do có cuộn kháng điện) - Điện áp hệ thống AC đầu chỉnh lưu nghịch lưu tín hiệu hình sin hoàn toàn, tần số không đổi, giá trị hiệu dụng tổng trở nguồn ba pha cân Có nghĩa tất họa tần dòng điện điện áp biến đổi sinh không truyền vào hệ thống AC (do lọc lọc AC) - Máy biến áp cho biến đổi không bị bão hòa từ Các công thức biến đổi tóm tắt sau: Vd0 = B.T.Eac Hay: Vd = Vd0 cos - Xc Id B Vd = Vd0 cos - Xc Id B ϕ = cos −1 (Vd / Vd ) = P tangφ Với: Eac – Điện áp hiệu dụng dây phía hệ thống máy biến áp biến đổi T – Tỉ số cuộn dây máy biến áp B – Số lượng cầu nối tiếp mạch P, Q – Công suất tác dụng phản kháng Xc = Lc – điện kháng đảo mạch cầu / pha Vd Id – dòng áp chiều cực Xét hệ thống HVDC đơn giản mạch tương đương hình vẽ 2.18 sau: 49 Hình 2.18 Sơ đồ mạch tương đương hệ thống HVDC đơn giản Theo phương trình (2.34), xem xét đường dây DC gồm hai đầu quan hệ điện áp đầu chỉnh lưu nghịch lưu theo điện trở đường dây R L: Vdr = Vdi + RL.Id Trong toán tính trào lưu công suất AC/DC phương trình hệ thống AC DC tính toán độc lập bước lặp Như chương trình tính toán trào lưu công suất có, không cần thêm thay đổi hay bổ sung đặc biệt dùng để tính toán cho hệ thống AC DC Giải thuật tính toán trào lưu công suất cho hệ thống AC/DC có đặc trưng sau: - Trong bước lặp toán, biến đổi mô nguồn công suất (P, Q) bơm vào nút liên kết hệ thống (nút nối với máy biến áp biến đổi) - Từ giá trị P, Q nút này, tính toán toán trào lưu công suất AC phương pháp truyền thống để tìm giá trị điện áp nút Giá trị điện áp nút liên kết thu từ phép tính lặp toán AC lại dùng vào để giải tiếp phương trình DC - Từ phương trình DC lại tìm giá trị P Q bơm vào nút liên kết toán tiếp tục hội tụ 50 Hình 2.19 Giao tiếp hệ thống AC - DC Sự liên kết phương trình AC DC mô tả hình vẽ 2.19 Các giá trị điện áp Eacr Eaci xem đầu vào phương trình DC, chúng xác định từ bước lặp để giải phương trình AC Các trạng thái Pr, Qr, Pi, Qi xem đầu phương trình DC, chúng dùng cho bước lặp để giải phương trình AC Các biến điều khiển α , γ , I ord chế độ vận hành điều khiển định Nói chung tất biến độc lập phụ thuộc phương trình DC phụ thuộc vào chế độ điều khiển trạm chỉnh lưu nghịch lưu Trong trạng thái vận hành xác lập ổn định, ba chế độ vận hành áp dụng là: - Chế độ vận hành 1: Bộ chỉnh lưu hoạt động đặc tính điều khiển dòng số nghịch lưu hoạt động với góc tắt số - Chế độ vận hành 2: Bộ chỉnh lưu hoạt động với điều khiển dòng số chỉnh lưu hoạt động với góc kích bé số - Chế độ vận hành 3: Chỉnh lưu hoạt động chế độ góc kích bé số, nghịch lưu hoạt động đặc tính bổ sung 51 Hình 2.20 Các chế độ vận hành trạng thái xác lập ổn định 2.3.1 Chế độ vận hành Hình 2.21 Đường đặc tính chế độ vận hành Trong chế độ vận hành, chỉnh lưu hoạt động điều khiển dòng số, nghịch lưu hoạt động chế độ góc tắt số, yêu cầu vận hành là: - Góc kích nghịch lưu điều chỉnh để có γ = γ - Góc kích chỉnh lưu điều chỉnh để có I d = I ord 52 - Đầu phân áp máy biến áp phía chỉnh lưu điều chỉnh để có góc dãy mong muốn - Đầu phân áp máy biến áp phía nghịch lưu điều chỉnh để có điện áp chiều mong muốn Từ yêu cầu vận hành phương trình quan hệ đầu nghịch lưu biểu diễn sau: Vd0i= BiTiEaci (2.37) Vdi= Vd0r( cos)- XcrBrIord V ϕ r = cos −1  dr  Vd 0i Pr = VdiIord Qi = Pi tan gϕ (2.38)    (2.39) (2.40) (2.41) Do giá trị yêu cầu điện áp E aci cho từ bước lặp trước toán AC nên giá trị Pi, Qi Vdi dễ dàng tính toán từ phương trình Đầu phân áp máy biến áp đầu nghịch lưu điều chỉnh để có điện áp Vdi mong muốn (càng gần định mức tốt) Các phương trình cho phía chỉnh lưu: Vdr = Vdi+ RLIord Eacr BrTr π V X I α = cos −1  dr + cr ord E acr Tr  Vd r (2.42) Vd0r = (2.43)     (2.44) Từ giá trị xác định Pr, Qr tương tự phía nghịch lưu, ý phân áp máy biến áp điều chỉnh để có giá trị V ϕ r = cos −1  dr  Vd r    khoảng mong muốn (2.45) Pr=VdrIord (2.46) Qr = Pr tan gϕ (2.47) 2.3.2 Chế độ vận hành 53 Hình 2.22 Đường đặc tính chế độ vận hành Trong chế độ phía nghịch lưu điều khiển dòng số (CC) phía chỉnh lưu điều khiển góc kích số nhỏ (CIA) Như có: - Góc kích chỉnh lưu - Góc kích nghịch lưu điều chỉnh cho có Id= Iord - Im - Đầu phân áp máy biến áp nghịch lưu điều chỉnh để γ >và công suất phản kháng tiêu thụ Với giá trị dòng điện giữ cố định I d = Iord - Im, phương trình phía chỉnh lưu là: Vd0r = BrTrEacr Vdr = Vd0r( cos )- XcrBr(Iord - Im) V ϕ r = cos −1  dr  Vd r    Pr = Vdr(Iord - Im) Qr= Prtangφr Và phương trình nghịch lưu là: Vdi= Vdr- RL(Iord - Im) Vd0r = BiTiEaci V X ( I − I m )  γ r = cos −1  di + ci ord E aci Ti   Vd i V  ϕ r = cos −1  dr   Vd r  Pi= Vdi(Iord - Im) (2.48) (2.49) (2.50) (2.51) (2.52) (2.53) (2.54) (2.55) (2.56) (2.57) 54 Qi= Pitangi (2.58) Đầu phân áp phía nghịch lưu điều chỉnh để đảm bảo giá trị công suất phản kháng tiêu thụ 2.3.3 Chế độ vận hành Hình 2.23 Đường đặc tính chế độ vận hành Trong phía chỉnh lưu điều khiển góc kích nhỏ (CIA) nghịch lưu điều khiển theo đặc tính bổ sung khác Thông thường chế độ vận hành bình thường toán nghiên cứu phân bố công suất hệ thống HVDC làm việc chế độ chế độ Tuy nhiên xem xét tới vấn đề ổn định hệ thống phải ý đến khoảng chuyển dịch từ chế độ sang chế độ trạng thái hệ thống thay đổi Vì lý phải xét đền chế độ vận hành thứ chế độ trung gian chuyển từ chế độ sang chế độ hay ngược lại Trong đặc tính điều khiển bổ sung thường dùng điều khiển góc kích sớm số Trong chế độ 3, ta có: - Góc kích trễ chỉnh lưu = - Góc kích sớm nghịch lưu = - Dòng điện chiều Im = Iord thay đổi khoảng Iord > Id > (Iord - Im) Các phương trình DC tính toán theo dòng điện đường dây sau : Vdr = Vd0r(cos )+ XcrBrId (2.59) Vdi= Vd0i(cos)+ XciBiId (2.60) Vdi = Vdr + R L I d (2.61) Với: Vd0r = BrTrEacr (2.62) 55 Vd0i= BiTiEaci (2.63) Suy ra: Vdr − Vdi   = Vd r cos α − Vd 0i cos β c − I d ( X cr Br − X ci Bi )  (2.64)  RL RL  π  Thay biến đổi, ta tìm giá trị dòng Id theo α , β c , Vd r , Vd 0i : V cos α − Vd 0i cos β c I d = d 0r (2.65) R L + ( X cr Br − X ci Bi ) π Id = 2.4 Những tác động ảnh hưởng lẫn hệ thống AC/DC 2.4.1 Tỉ số ngắn mạch hệ thống Những tác động tự nhiên hệ thống AC/DC vấn đề liên quan phụ thuộc nhiều vào “độ mạnh hệ thống AC” so sánh với khả đường dây DC Một hệ thống AC bị xem “yếu” hai lý do: Tổng trở hệ thống lớn quán tính hệ thống thấp Tỉ số ngắn mạch hệ thống (SCR) giá trị đo lường để biểu thị cho cường độ Nó định nghĩa sau: SCR = (2.66) Trong công suất ngắn mạch (MVA) hệ thống AC, tính bởi: SC = E AC Z th (2.67) Với: Eac- điện áp đảo mạch công suất DC định mức Zth- tổng trở tương đương Thevenin hệ thông AC Giá trị SCR cho biết cường độ vốn có hệ thống AC Nhìn từ quan điểm hoạt đông hệ thống HVDC có ý nghĩa xem xét tỉ số ngắn mạch hiệu (ESCR) bao gồm ảnh hưởng thiết bị phía AC trạm HVDC: lọc, tụ bù tĩnh, bù đồng bộ,…thông thường độ mạnh hệ thống AC phân chia theo mức sau: - Mạnh, ESCR lớn - Vừa phải, ESCR - Thấp, ESCR nhỏ Với nguyên tắc điều khiển tốt phân loại cường độ hệ thống AC: - Mạnh, ESCR lớn - Vừa phải, ESCR - Thấp, ESCR nhỏ 56 Những phân loại cường độ hệ thống AC cách định lượng sơ vấn đề tương tác AC/DC có 2.4.2 Công suất phản kháng cường độ hệ thống AC Từ phương trình (2.10), Vd = Vd cos α − Rc I d , hệ số công suất tính bởi: cos ϕ ≈ cos α − Rc I d I = cos α − X c d Vd π Vd (2.68) Như biến đổi gia tăng tiêu thụ công suất phản kháng tăng công suất truyền tải Thông thường góc kích trễ chỉnh lưu nghịch lưu góc tắt sớm nằm khoảng 15o đến 20o điện áp đảo mạch Xc 15% biến đổi tiêu thụ khoảng 50 đến 60% lượng công suất phản kháng (nghĩa P d = 1.0pu, Q thu vào biến đổi 0.5 đến 0.6pu) Lượng công suất phản kháng yêu cầu cung cấp tụ điện kết hợp với nhóm lọc họa tần Cách rẻ để cung cấp công suất phản kháng cho trạm HVDC dùng nối shunt Do lượng công suất phản kháng tiêu thụ tùy thuộc vào công suất truyền tải đường dây DC nên tụ điện phải có dung lượng thích hợp điều khiển khóa đóng cắt nhằm giữ cho điện áp xác lập nút AC giữ dãy chấp nhận (thông thường ± 5%) tất mức tải Điều bị ảnh hưởng cường độ hệ thống AC Hệ thống AC mạnh dung lượng nhóm điều khiển phải lớn để tương ứng với thay đổi điện áp khoảng chấp nhận Đối với hệ thống AC yếu cần thiết phải cung cấp công suất phản kháng SVC hay máy bù đồng 2.4.3 Những vấn đề hệ thống có giá trị ESRC nhỏ Vài vấn đề gặp phải hệ thống AC kết nối yếu: - Quá điện áp động - Mất ổn định điện áp - Cộng hưởng họa tần bậc cao 57 - Dao động thoáng qua điện áp 2.4.3.1 Quá điện áp động Khi có ngưng truyền công suất DC, công suất phản kháng tiêu thụ biến đổi HVDC rơi xuống không Với hệ thống ESCR thấp, điện áp xoay chiều tăng lên dư lượng công suất phản kháng tù bù lọc họa tần bơm vào Điều làm cho thiết bị hệ thống phải có mức cách điện cao chi phí tăng nhiều Nó gây cố cho thiết bị khách hàng 2.4.3.2 Mất ổn định điện áp Đối với hệ thống DC nối với hệ thống AC yếu, đặc biệt phía nghịch lưu điện áp xoay chiều lẫn chiều nhạy cảm với biến đổi tải Một gia tăng điện áp chiều kèm với cố điện áp xoay chiều, hậu gia tăng công suất thực tế nhỏ hay bỏ qua Điều khiển điện áp phục hồi sau nhiễu loạn trở nên khó khăn Đáp ứng hệ thống DC lại góp phần làm sụp đổ hệ thống AC, độ nhạy cảm tăng số lượng tù bù nối vào lớn Như điện áp điều khiển hệ thống DC góp phần làm ổn định điện phản ứng theo hướng làm giảm điện áp xoay chiều lý sau: - Điều khiển công suất làm tăng dòng chiều lên - Góc tắt sớm nghịch lưu tăng lên để giữ biên giới mạch volt – giây - Bộ nghịch lưu hút nhiều công suất phản kháng, hậu làm sụt áp, đồng thời sụt áp mà tụ bù cung cấp công suất phản kháng, gây ổn định - Điện áp xoay chiều bị giảm làm trầm trọng thêm tình hình Hậu sụp đổ điện áp xảy 2.4.3.3 Cộng hưởng họa tần Phần lớn vấn đề cộng hưởng họa tần bậc cao cộng hưởng song song tụ bù, lọc họa tần hệ thống AC tần số thấp Các tụ điện có xu hướng làm giảm thấp tần số cộng hưởng tự nhiên hệ thống AC 58 thành phần cảm kháng có xu hướng gia tăng tần số Nếu thêm vào lượng dung kháng lớn, tần số cộng hưởng tự nhiên nhìn từ nút đảo mạch giảm xuống bậc 4, bậc chí bậc Nếu cộng hưởng xảy tần số đó, có cộng hưởng song song tổng trở cao thành phần cảm thành phần dung nút Một trạng thái cộng hưởng nối tiếp tần số thấp xuất điểm xa hệ thống Điện áp họa tần từ điểm có xu hướng khuếch đại lên Tránh tình trạng cộng hưởng tần số thấp kể đặc biệt tránh áp độ 2.4.3.4 Dao động bất thường điện áp Một đặc tính hệ thống AC yếu đóng cắt tụ bù hay cuộn kháng nên thay đổi điện áp lớn không cho phép vùng lân cận với thiết bị bù Dao động điện áp độ thết bị kháng điện thao tác thường xuyên gia tăng 2.4.3.5 Các giải pháp cho vấn đề Giải pháp truyền thống để giải vấn đề tương tác hệ thống AC/DC với phía AC yếu dùng máy bù đồng hay SVC Hơn nữa, điều khiển HVDC cho phép điều khiển dòng chiều để điều khiển tần số giảm giá trị mà điện áp xoay chiều giảm thấp cải thiện tình trạng Sử dụng máy bù đồng làm giảm đáng kể tổng trở hệ thống, nhờ dịch chuyển tần số cộng hưởng song song đến giá trị cao mà tắt dần hệ thống luôn tốt Do đó, có mạch cầu 12 nhịp lọc nhỏ bậc 11 nên xác suất bị kích thích cộng hưởng song song mức họa tần nhỏ Một giải pháp khác điều khiển thân biến đổi DC mà lượng công suất phản kháng điều chỉnh thích hợp với biến động điện áp theo cách tương tự SVC Tụ bù ngang lọc cung cấp lượng công suất phản kháng yêu cầu chuyển đổi giữ ổn định điện áp AC điều khiển góc kích α ... hình hệ thống hay đường dây DC - Giao tiếp hệ thống AC DC - Mô hình điều khiển hệ thống DC Một số giả thiết đặt sau để việc mô hình hóa đơn giản: - Dòng điện chiều dây phẳng (do có cuộn kháng điện) ... toán cho hệ thống AC DC Giải thuật tính toán trào lưu công suất cho hệ thống AC/DC có đặc trưng sau: - Trong bước lặp toán, biến đổi mô nguồn công suất (P, Q) bơm vào nút liên kết hệ thống (nút... hưởng lẫn hệ thống AC/DC 2.4.1 Tỉ số ngắn mạch hệ thống Những tác động tự nhiên hệ thống AC/DC vấn đề liên quan phụ thuộc nhiều vào “độ mạnh hệ thống AC” so sánh với khả đường dây DC Một hệ thống